三種常用接收機(jī)各自的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

今天比較三種常用接收機(jī)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)——

優(yōu)勢(shì)：外差方法久經(jīng)檢驗(yàn)，性能出色。實(shí)施原理是混頻到中頻 (IF)。IF需選擇足夠高的頻率，使得實(shí)際濾波器在工作頻段中能夠提供良好的鏡像抑制和LO隔離。當(dāng)有超高動(dòng)態(tài)范圍ADC可用時(shí)，增加一個(gè)混頻級(jí)以降低頻率也很常見(jiàn)。此外，接收機(jī)增益分布在不同的頻率上，這使得高增益接收機(jī)發(fā)生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)非常小。通過(guò)適當(dāng)?shù)念l率規(guī)劃，外差接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)非常好的雜散能量和噪聲性能。

挑戰(zhàn)：遺憾的是，這種架構(gòu)是最復(fù)雜的。相對(duì)于可用帶寬，其需要的功耗和物理尺寸通常是最大的。此外，對(duì)于較大分?jǐn)?shù)帶寬，其頻率規(guī)劃可能非常困難。在當(dāng)前追求小尺寸、低重量、低功耗(SWaP) 并希望獲得寬帶寬的背景下，這些挑戰(zhàn)難度很大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員不得不考慮其他可能的架構(gòu)選項(xiàng)。

優(yōu)勢(shì)：能夠在不做硬件變動(dòng)的前提下通過(guò)調(diào)整自身參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同頻段、帶寬信號(hào)的接收。這樣不僅硬件體 積得到大大減小，同時(shí)還可以根據(jù)接收信號(hào)的不同進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

挑戰(zhàn)：直接采樣方法已被業(yè)界追求許久，其障礙在于很難讓轉(zhuǎn)換器工作于直接射頻采樣所需的速率并且實(shí)現(xiàn)大輸入帶寬以及實(shí)現(xiàn)大輸入帶寬。在這種架構(gòu)中，全部接收機(jī)增益都位于工作頻段頻率，如果需要較大接收機(jī)增益，布局布線必須非常小心。如今，在L和S波段的較高奈奎斯特頻段，已有轉(zhuǎn)換器可用于直接采樣。業(yè)界在不斷取得進(jìn)展，C波段采樣很快就會(huì)變得實(shí)用，后續(xù)將解決X波段采樣。

優(yōu)勢(shì)：直接變頻架構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器帶寬的使用效率最高。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在第一奈奎斯特頻段工作，此時(shí)性能最優(yōu)，低通濾波更為簡(jiǎn)單。兩個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器配合工作，對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行采樣，從而提高用戶帶寬，同時(shí)又不會(huì)有交織難題。

挑戰(zhàn)：對(duì)于直接變頻架構(gòu)，困擾多年的主要挑戰(zhàn)是維持I/Q平衡以實(shí)現(xiàn)合理水平的鏡像抑制、LO泄漏和直流失調(diào)。近年來(lái)，整個(gè)直接變頻信號(hào)鏈的先進(jìn)集成加上數(shù)字校準(zhǔn)已克服了這些挑戰(zhàn)，直接變頻架構(gòu)在很多系統(tǒng)中已成為非常實(shí)用的方法。

下圖顯示了三種架構(gòu)的框圖和頻率規(guī)劃示例。

• 圖a為外差接收機(jī)示例，高端LO將工作頻段混頻到ADC的第二奈奎斯特區(qū)。信號(hào)進(jìn)一步混疊到第一奈奎斯特區(qū)進(jìn)行處理。

• 圖b為直接采樣接收機(jī)示例。工作頻段在第三奈奎斯特區(qū)進(jìn)行采樣并混疊至第一奈奎斯特區(qū)，然后將NCO置于頻段中心，數(shù)字下變頻到基帶，再進(jìn)行濾波和抽取，數(shù)據(jù)速率降低到與通道帶寬相稱的水平。

• 圖c為直接變頻接收機(jī)示例。雙通道ADC與正交解調(diào)器對(duì)接，通道1對(duì)（同相） I信號(hào)進(jìn)行采樣，通道2對(duì)Q（正交）信號(hào)進(jìn)行采樣。

許多現(xiàn)代ADC同時(shí)支持所有三種架構(gòu)。例如，AD9680是一款具備可編程數(shù)字下變頻功能的雙通道1.25 GSPS ADC。此類雙通道ADC支持雙通道外差架構(gòu)和直接采樣架構(gòu)，一對(duì)轉(zhuǎn)換器合作則可支持直接變頻架構(gòu)。

采用分立實(shí)施方案時(shí)，直接變頻架構(gòu)的鏡像抑制挑戰(zhàn)可能相當(dāng)難以克服。通過(guò)提高集成度并結(jié)合數(shù)字輔助處理，I/Q通道可以很好地匹配，從而大幅改善鏡像抑制。